TW307007B - Digital video disc pick-up head - Google Patents

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經濟部中央橾準局員工消費合作社印聚 0606t 抓綱7 A7 B7 五、發明説明（I ) 本發明是有關於數位影碟（Digital VideoDisc ; DVD) 之讀寫頭（Pick-Up Head)，且特別是有關於一種能在二種 光學狀態之間作切換之單物鏡光學讀寫頭。 數位影碟光碟機必須在不同時機對DVD碟片或光碟 (Compact Disc ; CD)碟片均能讀寫資料，爲達此目的’其 讀寫頭必須能產生二個焦點。其一爲短焦距之焦點’專門 配合DVD碟片而使用；另一爲長焦距之焦點’專門配合CD 碟片而使用。 目前習知之單物鏡DVD光學讀寫頭之結構如圖1所 示，請參照第1圖，其工作原理爲： (1) 由雷射光源U發出之能量爲E0之光束，通過分光 器12後，能量變爲E1(E1=0.5E0)。能量爲E1之光束通過 準直鏡13及轉向平面鏡14後，射達全像光學元件15。 (2) 在全像光學元件15處，光被繞射，生出二道光束： 其一爲零階光束，可簡稱爲H0光束；另一爲一階光束，可 簡稱爲H1光束。其中，H0光束之能量爲E2，而H1光束之 能量爲E3。經由對全像光學元件15的適當設計及精密製 作，吾人可獲得H0光束能量E2趨近於E2 = G.5E1=G.25E0 ; HI光束能量E3趨近於E3 = 0.5E1=0,25E0。 (3) HG及H1二光束皆射往物鏡16。通過物鏡16後， H0光束在DVD碟片17表面附近形成一 A焦點，而H1光束在 CD碟片19表面附近形成一 B焦點。其中，A焦點之焦距較 短，典型値爲3.4 mm，而B焦點之焦距較長，典型値爲3.5 null ° 3 本紙張尺度適用中國國家襟準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） -請先閱旃背面之注意事項再填寫本頁) 訂 Λ 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 307.〇〇〇72 A7 ___B7___ 五'發明説明（>) (4)H0光束及HI光束同時自碟片17與19反射。假設 Η0光束由DVD碟片17表面反射後之光束稱爲HOJO，其所 含能量爲E4。設碟片17的表面反射率爲1〇〇 % ，則HOJO 光束所含之能量爲E4 = E2 = G.25E〇。H0JG光束下行，經物鏡 16後，射達全像光學元件15。此時，HGJG光束被繞射’ 生出二光束。若吾人以K0及K1稱呼此二光束，則在通過全 像光學元件15後，有HGJGKG及HGJGK1等二光束。其中， H0J0KG 光束所含之能量爲 E5 = 0.5E4 = 0.125E0，而 H0J0K1 光束所含之能量 E6 = 0.5E4 = 0.125E0。H0J0K0 與 H0J0K1 二 光束皆通過轉向平面鏡14、準直鏡13、分光器12諸元件 而射達感光子18。 假設H1光束由碟片19表面反射後稱爲H1J1，其所含 能量爲E7。設碟片19的表面反射率爲100% ，則H1J1光 束所含之能量爲E7=E3=0.25E0。HUl光束下行，經物鏡 16後，射達全像光學元件15。此時，Η1Π光束被繞射， 生出二光束。若吾人以K0及K1稱呼此二光束，則在通過全 像光學元件15後，有H1J1K0及H1J1K1等二光束產生。其 中，H1J1K0光束所含之能量爲E8 = 0.5E4 = 0.125E0，而 H1J1K1 光束所含之能量 E9 = 0.5E4 = 0.125E0。HIJ1K0 與 H1J1K1二光束皆通過轉向平面鏡14、準直鏡13、分光器 12諸元件而射達感光子18。 因此，在任何時刻，均同時會有H0J0K0、H0J0K1、 H1J1K0、H1J1K1等四道光束射達感光子18。然而，只有 其中一道是形狀良好的光束’可將能量集中而使得感光子 4 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4規格（ 210X297公釐） ------„-----^ ------1T------4 — (.請先閱讀背面之注意Ϋ項再填寫本頁) 經濟部中央標率局員工消費合作杜印製 〇«〇6«wf.d〇c/〇〇2 A7 ——-__J1____ 五、發明説明（>) 18生出較強的光電偵測信號；其他三道皆因光束形狀不 佳，致使能量大多散落在感光子18之有效感光範圍之外， 故不會使感光子18生出有意義之光電偵測信號。 (5) 當使用者將DVD碟片17置入系統中之後，系統之聚 焦伺服單元會自動鎖定A點，使碟片17表面與A點經常遇 合。因此，只有HOJOKO成爲形狀良好之光束，產生強的光 電偵測信號。設HGJOKG光束在分光器12處反射射往感光子 18 的光能量爲 E10，則 E10 = 0.5E7=0.0625E0。 (6) 當使用者將CD碟片19置入系統中之後，系統之聚 焦伺服單元會自動鎖定B點，使碟片19表面與B點經常遇 合。因此’只有H1J1K1成爲形狀良好之光束，產生強的光 電偵測信號。設H1J1K1光束在分光器12處反射射往感光子 18 的光能量爲 E11 ’ 則 E11=0.5E9 = 0.0625E0。 總之，不論是針對DVD碟片或CD碟片，目前習知系統 能得到的回收能量至多爲發光能量的6.25%。 以上所揭示之習知系統，具有至少如下的二個缺點： (A) 浪費過多能量 在上述的過程中，光束往返皆須經過低效率的全像 片’發生多次的多階繞射。由繞射所成的諸多光束，很多 都被拋棄浪費，不能被感光子回收。回收的能量很少，因 此’只能產生微弱的信號。 (B) 伺服困擾 在上述之過程（3)中，適用於DVD碟片的A焦點及適用 於CD碟片的B焦點’二者同時存在，但系統只取其一來工 5 本紙張尺度通用TBIH家棣準（CNS ) A4規格（2ΐ〇χ297公兼） C請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 A! c/002 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 五、發明説明（w) 作，任由另一個在碟片表面附近漫射。漫射之光容易對聚 焦伺服單元造成雜訊干擾，甚或導致錯誤的伺服動作，例 如將B焦點鎖定至DVD碟片的表面。 因此，本發明的主要目的就是在提供一種DVD光學讀 寫頭，令光束在系統中往返時，不必經過低效率的全像片。 因此，就不發生多階式的繞射，也就不會發生拋棄部份光 束而浪費過多能量的事情。 本發明的另一目的就是在提供一種DVD光學讀寫頭， 令系統在任何一個時刻均只產生一個焦點，當需要另一個 焦點來工作時，以切換光學性質（實際即爲偏光性）的方式 來達成任務。 根據本發明之上述目的，提出一種數位影碟光學讀寫 頭，用以讀寫一碟片。光學讀寫頭包括：一雷射二極體光 源，用以產生一第-光束；一分光器，用以接收第一光束， 而產生一能量較第一光束小的第二光束，其中第二光束的 行進方向與第一光束的行進方向一致；一準直鏡，用以接 收第二光束，而產生一約水平的平行光束；一偏光改變器， 用以接收平行光束，而產生一約水平的第三光束；一偏光 改變控制器，藕接至偏光改變器，用以控制偏光改變器， 以產生第三光束；一偏光裝置，用以接收第三光束，產生 一約垂直向上行進的第四光束；一物鏡，用以接收第四光 束，使之聚焦在碟片的表面，且用以接收自碟片表面反射 而回的光，產生一約垂直向下的第五光束，其中第五光束 的行進方向與第四光束的行進方向相反；以及一感光子 6 Λ ^------訂------裱- C請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） 0606twf.doc/002 0606twf.doc/002 經濟部中央標率局員工消費合作社印製 B7 五、發明説明（f) 組，用以接收第五光束經由分光器後所產生之一約垂直向 下的第六光束，以產生一光電偵測信號。 爲讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明 顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳 細說明如下： 圖式之簡單說明 第1圖繪示的是習知一種單物鏡DVD光學讀寫頭之結 構示意圖； 第2圖繪示的是應用本發明之一較佳實施例，一種DVD 光學讀寫頭的結構圖； 第3圖是圖2之工作原理的示意圖； 第4圖繪示的是圖2中之偏光改變器24的一種實施 例；以及 第5圖繪示的是圖2中之偏光改變器24的另一種實施 例。 實施例 請參照第2圖，圖2繪示的是應用本發明之一種DVD 光學讀寫頭的結構示意圖。DVD光學讀寫頭包括一雷射二 極體21、一分光器22、一準直鏡23、一偏光改變器24、 一偏光分光器25、一物鏡26、一偏光改變控制器27、一 感光子組28、一第一四分之一波長板29、一平面反射鏡 210、一第二四分之一波長板211及一凸面反射鏡212，其 中，第一四分之一波長板29之一表面與偏光分光器25之一 鉛直面密合，另一表面與平面反射鏡210之面鏡密合；第 7 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) .M規格（210X297公釐） ---------f 一.------訂------^ I Γ請先閱终背面之注意事項再填寫本頁) 0606twf.doc/002 A7 B7 經濟部中央樣準局員工消費合作杜印裝 五、發明説明（6) 二四分之一波長板211之一表面與偏光分光器25之下表面 密合，另一表面與凸面反射鏡212之面鏡密合。此光學元 件偏光分光器25、第一四分之一波長板29、平面反射鏡 210、第二四分之一波長板211及凸面反射鏡212等組成一 偏光裝置213，這偏光裝置213可使“S”偏極光直接反射， 而使“P”偏極光透射及反射。其工作原理請同時參照第2與 3圖’爲了方便說明’圖3中之構件與圖2相同者，係以同 樣的編號標示之。應用本發明之工作原理描述如下： (1) 針對DVD碟片31工作時，雷射光源21發出具有發 光能量爲E0的“S”偏極光束。此光束通過分光器22後，能 量變爲Ε1(Ε1 = 0·5Ε0)。能量爲E1的“S”偏極光繼續前行， 通過準直鏡23後，射達偏光改變器24。此時，透過偏光改 變控制器27令偏光改變器24完全不生作用。能量爲Ε1的 光束通過偏光改變器24後，仍爲“S”偏極光，此光繼續前 行而射達偏光分光器25。此時，光被偏光分光器25所反射 而上行，通過物鏡26後，形成具有較短焦距之Α焦點，照 射在DVD碟片31表面。其中，A焦點之光能爲 E2 = E1=0.5E0。當光自A點反射時，假設碟片31的反射率 爲100%，則反射光之光能爲E3 = E2 = 0.5E0。反射光經過物 鏡26、偏光分光器25、偏光改變器24、準直鏡23後，射 達分光器22。在此處’一部份的光會再被反射，故剩餘之 反射光的光能爲E4 = 0.5E3=〇.25E〇。此光繼續下行’集中 聚焦至感光子組28上，產生DVD碟片31的光電偵測信號。 (2) 針對CD碟片32工作時’雷射光源21發出具有發光 8 c請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -s Γ Λ 本紙張尺度適用中國國家梂準（CNS ) A4規格（2丨0><297公* )

經濟部中央樣準局員工消費合作社印製 五、發明説明（Ί) 能量爲EG的“S”偏極光束。此光束通過分光器22後，能量 變爲Ε1(Ε1=0·5Ε〇)。能量爲E1的％”偏極光繼續前行，通 過準直鏡23，射達偏光改變器24。此時，透過偏光改變控 制器27將偏光改變器24切換至「有作用」的狀態，使得能 量爲E1的“S”偏極光束通過偏光改變器24後，變爲“P”偏極 光束。此光束繼續前行，射達偏光分光器25。在此處，“P” 偏極光穿透偏光分光器25而前行，通過第一四分之一波長 板29後，變爲圓偏極光。圓偏極光繼續前行，遇平面反射 鏡210而反射。此反射光通過第一四分之一波長板29後， 變爲“S”偏極光。此“S”偏極光射達偏光分光器25後，被反 射下行，通過第二四分之一波長板211後，變爲圓偏極光。 此圓偏極光繼續下行，遇凸面反射鏡212而反射。此反射 光上行，通過第二四分之一波長板211後，變爲“P”偏極光。 此“P”偏極光繼續上行，穿透偏光分光器25後，通過物鏡 26，形成具有較長焦距之B焦點，照射在CD碟片32表面， B焦點之光能爲E5 = E1=0.5E0。光自B點反射，假設碟片32 的反射率爲100%，則反射光之光能爲E6=E5 = 0.5E0 »經B 點反射之反射光，依序經過物鏡26、偏光分光器25、第二 四分之一波長板211、經凸面反射鏡212反射後，再經過第 二四分之一波長板211、偏光分光器25、第一四分之一波 長板29，經平面反射鏡210反射後，再次經過第一四分之 一波長板29、偏光分光器25、偏光改變器24及準直鏡23 而射達分光器22。在此處，一部份的光會被反射，故剩餘 之反射光的光能爲Ε7 = 0·5Ε6 = 0·25Ε〇。此光繼續下行’集 9 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) Α4规格（210Χ297公癀） 請先閱讀背面之注$項再填寫本1) >1Τ A I. 3 ϋ doc/002 A7 B7 經濟部中央標準局負工消費合作社印繁 五、發明説明（g ) 中聚焦至感光子組28上，產生CD碟片32的光電偵測信號。 總之，不論是針對DVD碟片31或CD碟片32，應用本 發明所產生的光電偵測信號皆爲0.25E0。亦即，回收之能 量爲發光能量的25%。 圖2中之偏光改變器24之具體實施例，至少可包含下 列A，B二種型式： A. 機械式 請同時參照第2圖與第4圖，其中，圖4繪示的是一種 機械式偏光改變器。偏光改變器24由一片二分之一波長板 41及一組往復運動的機械裝置42所構成。當針對DVD碟片 31工作時，透過偏光改變控制器27控制往復運動的機械裝 置42將二分之一波長板41移離開光束通行路徑，使得雷射 光源21發出的“S”偏極光束行經偏光改變器24後，仍爲“S” 偏極光。當針對CD碟片32工作時，則透過偏光改變控制器 27控制往復運動的機械裝置42將二分之一波長板31移入 光束通行路徑，使得雷射光源21發出的“S”偏極光束行經 偏光改變器24後，變爲“P”偏極光。 B. 電子式 請同時參照第2圖與第5圖，其中，圖5繪示的是一種 電子式偏光改變器。偏光改變器24由一片鍍有透明電極51 的液晶板52及一組電壓供應電路53所構成。將液晶板52 固定置於光束的通行路徑中，當針對DVD碟片31工作時， 透過偏光改變控制器27控制電壓供應電路53不施加電壓 在液晶板52上，使得雷射光源21發出的“S”偏極光束行經 --：---：-----^ ^------tr------+ 丨 (·請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家棣準（CNS ) A4规格（210X297公釐） 0606twf.doc/002 A7 B7 五、發明説明（ί ) 偏光改變器24後，仍爲“S”偏極光。當針對CD碟片32工作 時，透過偏光改變控制器27控制電壓供應電路53施加電壓 在液晶板52上，使得雷射光源2丨發出的“s”偏極光束行經 偏光改變器24後，變爲“P”偏極光。 吾人由以上之較佳實施例可得知本發明的優點如下： 1. 應用本發明不必使用全像片’因此不會產生多階繞 射光束，光之能量也就不會浪費過多。同時，反射光束能 充分到達感光子組，而產生強的偵測信號。例如在前述實 施例中，應用本發明的反射光能量是發光能量的25% ’而 習知系統的反射光能量僅是發光能量的6.25 % ，兩者相 較，應用本發明比習知技藝者強四倍° 經濟部中央樣準局員工消費合作社印製 (請先M"背面之注意事項再填寫本頁) 訂 2. 本發明係基於「對偏光改變器作功能切換，改變系 統中之光的偏極狀態」的原理而工作’當使用者置入系統 中之碟片爲DVD碟片時，可令偏光改變器不起作用，使得 全系統內只會產生一個焦點，此焦點係短焦距，且形成在 DVD碟片的表面。當使用者置入系統中之碟片爲CD碟片時， 可令偏光改變器起作用，使得全系統內仍只會產生一個焦 點，此焦點係長焦距，且形成在CD碟片的表面。也就是說， 在任何時刻，本發明之系統內只存在有一個焦點，有利於 聚焦伺服單元的順利工作。 此由可見，應用本發明對於習知系統中所揭示的能量 浪費過多與伺服困擾等二項缺點’都可以改善’而達成本 發明的目的。 爲了讓讀者更能瞭解本發明與先前技術之異同’特列 本紙張尺度適用中國躅家橾準^^^从規格^⑻/^们公釐） 0606twf.doc/002 A7 B7 五、發明説明（IP ) 一表如下，以茲比較 習知技術 本發明 雙焦點之出現時機 同時 不同時 聚焦伺服單元工作 由碟片回收之能量 易混淆，易出錯 不混淆，不出錯 6.25% 25% 光電偵測信號 弱 強 偏光改變器 〇個 1個 凸面反_ 〇個 1個 多階低效率全像片 1片 0片 轉向平面鏡 1個 0個 偏光分光器 〇個 1個 四分之一波長板 〇片 2片 雷射二極體 1個 1個 物鏡 1個 1個 感光子組 1組 1組 由上表可知’本發明之最大優點爲： ---------r 0! γ請先閲贫背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部中央標隼局員工消費合作杜印製 (1) 偵測所得信號強。 (2) 聚焦伺服工作不混淆，不出錯。 本發明雖以一些較佳實施例揭露如上，然其並非用以 限定本發明’任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神 和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護 範圍當視後附之申請專利範圍所界定者爲準。 本紙張尺度適用中國國家樣準（CNS ) A4規格（210><297公釐）

Claims (1)

1. SG7Q37 0606twf.doc/002 ABCD 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 1. 一種數位影碟光學讀寫頭，用以讀寫一碟片；該光 學讀寫頭包括： 一雷射二極體光源，用以產生一第一光束； 一分光器，用以接收該第一光束，而產生一能量較該 第一光束小的第二光束，其中該第二光束的行進方向與該 第一光束的行進方向一致； 一準直鏡，用以接收該第二光束，而產生一約水平的 平行光束； 一偏光改變器，用以接收該平行光束，而產生一約水 平的第三光束； 一偏光改變控制器，藕接至該偏光改變器，用以控制 該偏光改變器，以產生該第三光束； 一偏光裝置，用以接收該第三光束，產生一約垂直向 上行進的第四光束； 一物鏡，用以接收該第四光束，使之聚焦在該碟片的 表面，且用以接收自該碟片表面反射而回的光，產生一約 垂直向下的第五光束，其中該第五光束的行進方向與該第 四光束的行進方向相反；以及 一感光子組，用以接收該第五光束經由該分光器後所 產生之一約垂直向下的第六光束，以產生一光電偵測信 號。 2. 如申請專利範圍第1項所述之光學讀寫頭，其中該 偏光裝置包括： 一偏光分光器； II —^^1 ί ^^^1 I i^i In m· m TJ \ 旁 ，νί \锖先私讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度逋用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 0606twf. doc/00 2 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 一第一四分之一波長板，具有大致平行的兩鏡面’其 中一鏡面裝設在該偏光分光器之一鉛直面上’並垂直於約 水平行進之該第三光束； 一平面反射鏡，其鏡面與該第一四分之一波長板的另 一鏡面密接； 一第二四分之一波長板，具有一平面鏡面與一凹面鏡 面，其中該兩鏡面分別位在該第二四分之一波長板的兩 側，且該平面鏡面與該偏光分光器之底部平面密接；以及 一凸面反射鏡，其鏡面與該第二四分之一波長板之該 凹面鏡面密接。 3. 如申請專利範圍第2項所述之光學讀寫頭’其中’ 該碟片係數位影碟碟片。 4. 如申請專利範圍第3項所述之光學讀寫頭，其中， 該第二光束的能量約係該第一光束能量的二分之一。 5. 如申請專利範圍第4項所述之光學讀寫頭，其中， 該水平光束係“S”偏極光。 6. 如申請專利範圍第5項所述之光學讀寫頭，其中， 該偏光改變控制器使該偏光改變器無作用。 7. 如申請專利範圍第6項所述之光學讀寫頭，其中’ 該第三光束係該水平光束。 8. 如申請專利範圍第7項所述之光學讀寫頭’其中該 第三光束約水平行進進入該偏光分光器後’直接被該偏光 分光器反射成約垂直向上行進的該第四光束。 9. 如申請專利範圍第8項所述之光學讀寫頭’其中’ --------(裝 II (請先W讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印繁 適用^國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐) η 1 ii jii307007 0606t wf. < :/002 A8 B8 C8 D8 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 該第五光束的能量約等於該第四光束的能量。 10. 如申請專利範圍第9項所述之光學讀寫頭’其中， 該第六光束的能量約是該第五光束能量的二分之一。 11. 如申請專利範圍第2項所述之光學讀寫頭’其中， 該碟片係光碟碟片。 12. 如申請專利範圍第11項所述之光學讀寫頭’其中’ 該第二光束的能量約係該第一光束能量的二分之一。 13. 如申請專利範圍第12項所述之光學讀寫頭，其中’ 該水平光束係“S”偏極光。 14. 如申請專利範圍第13項所述之光學讀寫頭，其中’ 該偏光改變控制器使該偏光改變器有作用。 15. 如申請專利範圍第14項所述之光學讀寫頭’其中’ 該第三光束係“P”偏極光。 16. 如申請專利範圍第15項所述之光學讀寫頭’其中 該第三光束約水平進入該偏光分光器後，穿透過該第一四 分之一波長板，遇該平面反射鏡反射經過該第一四分之一 波長板後形成一 “S”偏極光’該“S”偏極光遇該偏光分光器 反射穿透過該第二四分之一波長板’遇該凸面反射鏡反射 經過該第二四分之一波長板後形成一“P”偏極光，該“P”偏 極光穿透該偏光分光器形成該約垂直向上的第四光束。 Π.如申請專利範圍第16項所述之光學讀寫頭，其中， 該第五光束的能量約等於該第四光束的能量。 18.如申請專利範圍第Π項所述之光學讀寫頭，其中， 該第六光束的能量約是該第五光束能量的二分之一。 (請先阶讀背面之注意事項再填寫本頁) L 、-t \ 丁 I 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS > A4规格（210X2们公釐） 0606twf.doc/002 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 19. 如申請專利範圍第1項所述之光學讀寫頭，其中， 該偏光改變器可爲機械式偏光改變器。 20. 如申請專利範圍第1項所述之光學讀寫頭，其中， 該偏光改變器可爲電子式偏光改變器。 flu ^^^^1 ml n In ^^^19 nn ^^^1« n·— T < J.¾ 、va (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標隼局員工消費合作社印裝 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）